偶看新闻上海欢乐谷顺序攻略:纳米技术在畜牧业中的应用
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/29 05:21:28
付亮剑 孙建义 陈艳
浙江大学饲料科学研究所分子动物营养学教育部重点实验室
摘要 纳米科技是一种微粒技术，将其应用在现代的畜牧业尤其是饲料业上是一开创性的举
措。纳米原粒细小，具有尺寸效应和量子隧道效应，最重要的是具有表面效应，这些特征为其在饲料业中的应用提供了广阔的前景。
1概述
1958年诺贝尔物理学奖获得者查德·费曼预言：“我不怀疑，如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量可能的特性。”研究证实，当微小粒子进入纳米（nanometer）量级（1一 100 nm）时，其本身具有百千尺寸效应、表面效应和量子隧道效应。导致纳米体系的光、热、电、磁等物理性质出现许多新奇特性。纳米体系的
庞大比表面，使键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡、非整效配位的化学价，导致纳米体系的体学性质特异性变化。与更微观的原子、分子或更宏观的粉末、块体相比，纳米粒子展现出许多特有的性质。纳米粒子研究领域成为人们尚未充分认识和开拓的中间领域。20世纪80年代纳米科学一跃成为席卷全球的研究热点。纳米是十亿分之一，自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0．l－100纳米这
样尺度为研究对象的新科学，这就是纳米科技。纳米技术通过操纵原子、分子或原子团和分子团使其重新排列组合，形成新的物质，制造出具有新功能的机器。纳米技术在信息生物工程、医学、材料等领域产生深远影响。纳米科学给物理、化学、材料学、生物学、医学等学科的研究带来了新的机遇。为交叉学科的发展提供了新的思路。
所谓纳米技术是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性技术体系。目前，在畜牧业中有关纳米技术的报道还很少，但是纳米技术作为一项新兴技术势必给畜牧业尤其是饲料行业带来新的起点，一般来说，利用超细粉碎秘科技手段将食品、饲料原料粉碎到粒径在30μm以下的超细产品，称为超细保健产品。它具有较大的比面积和空隙率，因而具有很强的吸附性和很高的活性。对饲料原料进行纳米处理后，可以原料中那些动物不可缺少而又较难采食的营养成分充分地被动物吸收，从而可最大限度地提高饲料原料的生物利用率和保健作用。在饲料行业中，纳米技术的应用领域十分广泛，原料极为丰富。
2纳米粒子的制备方法
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法、化学方法和微乳液法。
2．l物理方法
2．1．l真空冷凝法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点是纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高；
2．1．2物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀；
2．1．3机械球磨法：采用球磨方法，控制适当地条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低、但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
2．2化学法
2．2．l气相沉淀法：利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄；
2．2．2沉淀法：把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物；
2．2．3水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易于控制；
2．2．4 溶液凝胶法：金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ－Ⅳ族半导体纳米粒子多用此法制备。
3纳米在畜牧业上的应用
纳米技术在畜牧业上的运用主要表现在：①遗传育种上，现在的遗传工程育种方法是用限制性内切酶将要的基因片段切下来，再连接到育种鸡的DNA上。由于基因片段和DNA的连接点通常是随机的，所以每次试验成功的几率都不同。用纳米技术是先将DNA全部分解为单个基因，然后再根据人的需要进行组装，成功率几乎达到100％；②饲养管理上，将饲料原料颗粒粉碎到纳米水平后再加工成颗粒料。这样饲料摄食后，与消化液的接触面积比现在的饲料大数万倍，更易于消化和吸收，大大降低了料肉比和料蛋比，降低生产成本。同时饲料中抗营养因子在纳米水平下将发生质的变化，必将要求重新测定饲料成分和营养标准。重新计算饲料配方，从而带来一场饲料生产革命；③防疫诊断上，用纳米技术所制的携带各种疫苗并能精确释放的微芯片，只要一次性植入体内，就可终身对各种传染免疫。这样不仅避免现行对此免疫接种造成的应激给生产带来损失，而且大大提高免疫效果，彻底改变现行免疫方法的程序；④产品质量，用纳米技术生产的药物，由于大大提高药效，所以减少了用药量，可解决合产品药物的残留问题。用纳米超微薄膜包装禽蛋，用抗菌纳米塑料袋包装，可大大延长产品保质期。
尤其在饲料原料加工上；纳米级的饲料颗粒可以提高动物对其有效吸收率、利用率，节约饲料原料的用量；同时，减少饲料中各种成分用量，间接减轻粪便中污染物的排放量。下面介绍几种用纳米材料加工的饲料原料。
矿物中药：研究表明，矿物中药制成纳米粉末后，药效大幅度提高，并且有高吸收率、剂量小的特点。因此将药物进行纳米化处理，由于纳米药物的吸收利用率很高，可以减少药物的使用量，从而减少畜产品的药物残留。
抗菌剂：纳米氧化锌是面向21世纪的新产品，是饲料行业中优秀的氧化锌产品，具备一般氧化锌无法比拟的性能，因为纳米氧化锌有极强的化学性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内部的有机物），从而把大部分病菌和病毒杀死。有关的定量试验表明：在5min内纳米氧化锌的浓度为1％时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98．86 ％，大肠杆菌的杀菌率为98．86％。研究表明，饲料中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌的药效大幅提高，并具有高吸收率、剂量小的特点，还可利用纳米氧化锌的强渗透性，避开胃肠吸收时体液环境与药物反应引起不良的反应或造成的吸收不稳定，提高吸收率。由此推之，其他的抑菌剂也可以作成纳米粒子，将更充分的发挥抑菌效果，减少原有抑菌间的用量。
纳米矿物质：硒是动物必需微量元素，是谷胱甘肽过氧化物酶的活性中心成分。硒的一个显著特征是，它的营养剂量与毒性剂量之间范围较窄，因此，开发利用低毒高效硒制品，备受世界各国的重视。与无机硒相比，有机硒的吸收利用价值较高，急性毒性较小，被认为是较好画出品，有机硒已经逐步取代无机硒得到普及使用，但有机硒的低毒高效特征并不比无机硒具有非太强的优势，甚至两者亚慢性毒性剂量是接近的。研究结果表明，与其他形态硒相比，纳米硒有较强的低毒高效优势。在急性毒性方面，无机硒为 15 mg/kg，有机硒为30－4O mg／kg，纳米硒则为 113 mg/kg。在亚慢毒性方面，饲料中无机硒或有机硒的含量在4一5 mg/kg时，即可导致大鼠体重下降和肝硬化；如果是纳米硒，硒含量在6 mg／kg时，也不会发生上述现象。由此说明纳米硒与有机硒或无机硒相比，毒性明显下降。在生物功效方面，纳米硒体外清除羟自由基效率为无机硒的5倍，为有机硒的2．5倍。张劲松（2000）研究结果表明，纳米红色元素硒能显著降低小鼠全血丙二醛含量和提高小鼠全血谷胱甘肽过氧化物酶活性，显著延长黑腹果蝇生存时间。该研究还揭示此功效可能与红色纳米硒在动物体内发挥抗氧化作用与直接清除自由基活性有一定联系。张劲松（2001）用昆明小鼠作实验。验证了纳米红色元素硒有护肝、抑瘤和免疫调节作用，是已发现的急性毒性最低的补硒制剂。
纳米在饲料业的应用具有以下优势：
（l）用物理方法加工，不引入其他杂质，获得的纳米饲料产品具有纯天然性，并可保证原料成分的完整性和全天然性；
（2）有特殊的功能，如提高矿物质吸收，有利于酶活力的提高，提高机体免疫力；
（3）由于颗粒极细，易被养殖对象消化吸收，能最大限度发挥其功效，并充分利用；
（4）便于储存、运输及使用；
（5）科技含量高，品质好，功能好。
浙江大学饲料科学研究所在纳米技术与饲料业结合上取得了开创性的成果，成果应用于生产中，取得了良好的经济效益和社会效益。
4结语和展望
当今社会节省资源和绿色环保已成为两大主题，畜牧行业作为国民经济的一个重要产业，其每年需求大量的粮食资源，甚至形成了同人类竞粮的局面。这种局面必须得到尽快改善，为此我们畜牧业的一个研究方向就是向节粮型畜牧业转变，这要靠我们不断发展的科技作后盾。纳米技术是一门新兴的科技，由于其特殊性、先进性，在畜牧业上的应用，必将为该行业注入新鲜活力，并使我国有效的饲料资源得到充分的利用，并能最大限度发挥营养与保健功效，减少动物发病率。再者它能对有毒有害物质进行吸收，减轻环境污染，稳定了生态平衡，造福人类。相信纳米这一新技术一定能为畜牧业的发展提供广阔的前景。
浙江大学饲料科学研究所分子动物营养学教育部重点实验室
摘要 纳米科技是一种微粒技术，将其应用在现代的畜牧业尤其是饲料业上是一开创性的举
措。纳米原粒细小，具有尺寸效应和量子隧道效应，最重要的是具有表面效应，这些特征为其在饲料业中的应用提供了广阔的前景。
1概述
1958年诺贝尔物理学奖获得者查德·费曼预言：“我不怀疑，如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量可能的特性。”研究证实，当微小粒子进入纳米（nanometer）量级（1一 100 nm）时，其本身具有百千尺寸效应、表面效应和量子隧道效应。导致纳米体系的光、热、电、磁等物理性质出现许多新奇特性。纳米体系的
庞大比表面，使键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡、非整效配位的化学价，导致纳米体系的体学性质特异性变化。与更微观的原子、分子或更宏观的粉末、块体相比，纳米粒子展现出许多特有的性质。纳米粒子研究领域成为人们尚未充分认识和开拓的中间领域。20世纪80年代纳米科学一跃成为席卷全球的研究热点。纳米是十亿分之一，自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0．l－100纳米这
样尺度为研究对象的新科学，这就是纳米科技。纳米技术通过操纵原子、分子或原子团和分子团使其重新排列组合，形成新的物质，制造出具有新功能的机器。纳米技术在信息生物工程、医学、材料等领域产生深远影响。纳米科学给物理、化学、材料学、生物学、医学等学科的研究带来了新的机遇。为交叉学科的发展提供了新的思路。
所谓纳米技术是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性技术体系。目前，在畜牧业中有关纳米技术的报道还很少，但是纳米技术作为一项新兴技术势必给畜牧业尤其是饲料行业带来新的起点，一般来说，利用超细粉碎秘科技手段将食品、饲料原料粉碎到粒径在30μm以下的超细产品，称为超细保健产品。它具有较大的比面积和空隙率，因而具有很强的吸附性和很高的活性。对饲料原料进行纳米处理后，可以原料中那些动物不可缺少而又较难采食的营养成分充分地被动物吸收，从而可最大限度地提高饲料原料的生物利用率和保健作用。在饲料行业中，纳米技术的应用领域十分广泛，原料极为丰富。
2纳米粒子的制备方法
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法、化学方法和微乳液法。
2．l物理方法
2．1．l真空冷凝法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点是纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高；
2．1．2物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀；
2．1．3机械球磨法：采用球磨方法，控制适当地条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低、但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
2．2化学法
2．2．l气相沉淀法：利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄；
2．2．2沉淀法：把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物；
2．2．3水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易于控制；
2．2．4 溶液凝胶法：金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ－Ⅳ族半导体纳米粒子多用此法制备。
3纳米在畜牧业上的应用
纳米技术在畜牧业上的运用主要表现在：①遗传育种上，现在的遗传工程育种方法是用限制性内切酶将要的基因片段切下来，再连接到育种鸡的DNA上。由于基因片段和DNA的连接点通常是随机的，所以每次试验成功的几率都不同。用纳米技术是先将DNA全部分解为单个基因，然后再根据人的需要进行组装，成功率几乎达到100％；②饲养管理上，将饲料原料颗粒粉碎到纳米水平后再加工成颗粒料。这样饲料摄食后，与消化液的接触面积比现在的饲料大数万倍，更易于消化和吸收，大大降低了料肉比和料蛋比，降低生产成本。同时饲料中抗营养因子在纳米水平下将发生质的变化，必将要求重新测定饲料成分和营养标准。重新计算饲料配方，从而带来一场饲料生产革命；③防疫诊断上，用纳米技术所制的携带各种疫苗并能精确释放的微芯片，只要一次性植入体内，就可终身对各种传染免疫。这样不仅避免现行对此免疫接种造成的应激给生产带来损失，而且大大提高免疫效果，彻底改变现行免疫方法的程序；④产品质量，用纳米技术生产的药物，由于大大提高药效，所以减少了用药量，可解决合产品药物的残留问题。用纳米超微薄膜包装禽蛋，用抗菌纳米塑料袋包装，可大大延长产品保质期。
尤其在饲料原料加工上；纳米级的饲料颗粒可以提高动物对其有效吸收率、利用率，节约饲料原料的用量；同时，减少饲料中各种成分用量，间接减轻粪便中污染物的排放量。下面介绍几种用纳米材料加工的饲料原料。
矿物中药：研究表明，矿物中药制成纳米粉末后，药效大幅度提高，并且有高吸收率、剂量小的特点。因此将药物进行纳米化处理，由于纳米药物的吸收利用率很高，可以减少药物的使用量，从而减少畜产品的药物残留。
抗菌剂：纳米氧化锌是面向21世纪的新产品，是饲料行业中优秀的氧化锌产品，具备一般氧化锌无法比拟的性能，因为纳米氧化锌有极强的化学性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内部的有机物），从而把大部分病菌和病毒杀死。有关的定量试验表明：在5min内纳米氧化锌的浓度为1％时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98．86 ％，大肠杆菌的杀菌率为98．86％。研究表明，饲料中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌的药效大幅提高，并具有高吸收率、剂量小的特点，还可利用纳米氧化锌的强渗透性，避开胃肠吸收时体液环境与药物反应引起不良的反应或造成的吸收不稳定，提高吸收率。由此推之，其他的抑菌剂也可以作成纳米粒子，将更充分的发挥抑菌效果，减少原有抑菌间的用量。
纳米矿物质：硒是动物必需微量元素，是谷胱甘肽过氧化物酶的活性中心成分。硒的一个显著特征是，它的营养剂量与毒性剂量之间范围较窄，因此，开发利用低毒高效硒制品，备受世界各国的重视。与无机硒相比，有机硒的吸收利用价值较高，急性毒性较小，被认为是较好画出品，有机硒已经逐步取代无机硒得到普及使用，但有机硒的低毒高效特征并不比无机硒具有非太强的优势，甚至两者亚慢性毒性剂量是接近的。研究结果表明，与其他形态硒相比，纳米硒有较强的低毒高效优势。在急性毒性方面，无机硒为 15 mg/kg，有机硒为30－4O mg／kg，纳米硒则为 113 mg/kg。在亚慢毒性方面，饲料中无机硒或有机硒的含量在4一5 mg/kg时，即可导致大鼠体重下降和肝硬化；如果是纳米硒，硒含量在6 mg／kg时，也不会发生上述现象。由此说明纳米硒与有机硒或无机硒相比，毒性明显下降。在生物功效方面，纳米硒体外清除羟自由基效率为无机硒的5倍，为有机硒的2．5倍。张劲松（2000）研究结果表明，纳米红色元素硒能显著降低小鼠全血丙二醛含量和提高小鼠全血谷胱甘肽过氧化物酶活性，显著延长黑腹果蝇生存时间。该研究还揭示此功效可能与红色纳米硒在动物体内发挥抗氧化作用与直接清除自由基活性有一定联系。张劲松（2001）用昆明小鼠作实验。验证了纳米红色元素硒有护肝、抑瘤和免疫调节作用，是已发现的急性毒性最低的补硒制剂。
纳米在饲料业的应用具有以下优势：
（l）用物理方法加工，不引入其他杂质，获得的纳米饲料产品具有纯天然性，并可保证原料成分的完整性和全天然性；
（2）有特殊的功能，如提高矿物质吸收，有利于酶活力的提高，提高机体免疫力；
（3）由于颗粒极细，易被养殖对象消化吸收，能最大限度发挥其功效，并充分利用；
（4）便于储存、运输及使用；
（5）科技含量高，品质好，功能好。
浙江大学饲料科学研究所在纳米技术与饲料业结合上取得了开创性的成果，成果应用于生产中，取得了良好的经济效益和社会效益。
4结语和展望
当今社会节省资源和绿色环保已成为两大主题，畜牧行业作为国民经济的一个重要产业，其每年需求大量的粮食资源，甚至形成了同人类竞粮的局面。这种局面必须得到尽快改善，为此我们畜牧业的一个研究方向就是向节粮型畜牧业转变，这要靠我们不断发展的科技作后盾。纳米技术是一门新兴的科技，由于其特殊性、先进性，在畜牧业上的应用，必将为该行业注入新鲜活力，并使我国有效的饲料资源得到充分的利用，并能最大限度发挥营养与保健功效，减少动物发病率。再者它能对有毒有害物质进行吸收，减轻环境污染，稳定了生态平衡，造福人类。相信纳米这一新技术一定能为畜牧业的发展提供广阔的前景。